Висмут: цена, свойства и применение¶

Висмут — химический элемент с атомным номером 83, обозначаемый символом Bi, относится к группе пниктогенов (подгруппа азота) периодической системы Д. И. Менделеева. При нормальных условиях представляет собой серебристо-белый металл с характерным розоватым оттенком и сильным металлическим блеском. Висмут — тяжёлый, хрупкий металл, который в природе встречается как в самородном виде, так и в составе минералов, чаще всего в форме сульфида висмута (висмутина, Bi₂S₃).

¶Физические и химические свойства

Висмут обладает рядом необычных физических характеристик, отличающих его от большинства металлов. Плотность составляет около 9,8 г/см³, температура плавления — 271,4 °C, температура кипения — 1564 °C. Металл хрупок, легко измельчается в порошок, плохо проводит тепло и электричество по сравнению с типичными металлами.

Одной из самых известных особенностей висмута является его диамагнетизм: это один из наиболее диамагнитных металлов, уступающий по этому показателю лишь некоторым веществам. При застывании расплавленного висмута образуются характерные ступенчатые кристаллы с радужной плёнкой оксидов на поверхности, что делает его популярным объектом коллекционирования и декоративных изделий.

Химически висмут довольно инертен при обычной температуре, но при нагревании реагирует с кислородом, серой, галогенами. На воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида, предохраняющей от дальнейшего окисления. В соединениях проявляет степени окисления +3 и +5, причём наиболее устойчива +3.

¶История и происхождение

Висмут известен человечеству с древности, однако долгое время его не отличали от свинца и олова. Первые достоверные упоминания относятся к XV–XVI векам, когда немецкие рудокопы начали использовать металл в типографском деле и для изготовления сплавов. Название, вероятно, происходит от немецкого «Wismut» или «weiße Masse» («белая масса»).

Долгое время висмут считали разновидностью свинца или олова. Лишь в XVIII веке французский химик Жоффруа установил его как самостоятельный элемент. В 1753 году Клод Франсуа Жоффруа представил в Парижской академии наук доказательства того, что висмут — отдельный металл.

¶Распространение в природе и добыча

Висмут относится к редким элементам: его содержание в земной коре оценивается примерно в 2·10⁻⁵ %. Основные месторождения связаны с висмутсодержащими рудами, часто извлекаемыми попутно при переработке свинцовых, медных, оловянных и вольфрамовых руд. Крупнейшие производители — Китай, Мексика, Перу, Боливия, Япония.

Мировое производство висмута составляет порядка 15–20 тысяч тонн в год. Значительная часть металла получается как побочный продукт при рафинировании свинца и меди.

¶Применение

Благодаря своим свойствам висмут находит применение в различных отраслях:

• Металлургия: используется как добавка к сплавам для улучшения обрабатываемости, в легкоплавких сплавах (например, сплав Вуда с температурой плавления около 70 °C), в производстве типографских шрифтов.
• Медицина: соединения висмута (субсалицилат, субцитрат) применяются в гастроэнтерологии для лечения язвенной болезни и расстройств желудка, обладают антибактериальным действием в отношении Helicobacter pylori.
• Косметика: оксихлорид висмута и другие соединения входят в состав косметических средств, придавая перламутровый блеск.
• Электроника и ядерная энергетика: висмут используется в качестве теплоносителя в некоторых ядерных реакторах, в производстве полупроводниковых материалов, датчиков.
• Пигменты и краски: висмутовые пигменты применяются для создания перламутровых и радужных эффектов.
• Огнеупорные материалы: оксид висмута используется в стекловарении и керамике.

¶Цена на висмут

Стоимость висмута на мировом рынке подвержена колебаниям, зависящим от объёмов добычи, спроса со стороны промышленности и макроэкономической конъюнктуры. В отличие от драгоценных металлов, висмут не является биржевым товаром в строгом смысле, и его цена формируется в основном на внебиржевом рынке.

Ориентировочные цены на висмут в слитках технической чистоты (99,99 %) в 2020-х годах колебались в диапазоне от 4 до 10 долларов США за килограмм, в отдельные периоды достигая более высоких значений из-за дефицита предложения. Высокочистый висмут (99,999 % и выше), используемый в электронике и научных исследованиях, стоит существенно дороже — десятки и сотни долларов за килограмм.

На цену влияют:

• объёмы попутного производства (висмут в основном извлекается как побочный продукт);
• спрос со стороны металлургии, фармацевтики и электроники;
• ограничения экспорта из стран-производителей;
• курс доллара и логистические издержки.

Для получения актуальной цены рекомендуется обращаться к специализированным биржам металлов, прайс-листам поставщиков химической продукции и аналитическим обзорам рынка цветных металлов.

¶Меры предосторожности и «инструкция» по обращению

Висмут и его соединения относятся к умеренно токсичным веществам. При работе с порошком висмута и его соединениями следует соблюдать стандартные меры безопасности:

1. Защита дыхательных путей: использовать респиратор или маску при работе с пылью, чтобы избежать вдыхания частиц.
2. Защита кожи и глаз: применять перчатки и защитные очки, избегать прямого контакта с порошками и растворами солей висмута.
3. Вентиляция: работать в хорошо проветриваемом помещении или под вытяжкой.
4. Хранение: хранить висмут и его соединения в плотно закрытой таре, отдельно от пищевых продуктов и сильных окислителей.
5. Утилизация: отходы, содержащие висмут, утилизировать в соответствии с местными экологическими нормами; не сливать растворы солей в бытовую канализацию.
6. Первая помощь: при попадании порошка на кожу — промыть большим количеством воды; при вдыхании — вывести пострадавшего на свежий воздух; при попадании в глаза — промыть водой и обратиться к врачу.

Следует учитывать, что растворимые соли висмута (например, нитрат) могут вызывать раздражение кожи и слизистых, а при длительном воздействии — поражение почек и нервной системы. Поэтому при работе с ними необходима особая осторожность.

¶Интересные факты

• Висмут — один из немногих металлов, которые расширяются при затвердевании, подобно воде и галлию.
• Самый тяжёлый стабильный элемент, хотя формально считается слаборадиоактивным из-за крайне медленного альфа-распада (период полураспада оценивается в 2·10¹⁹ лет, что превышает возраст Вселенной).
• Кристаллы висмута, выращенные искусственно, имеют ярко выраженную радужную окраску и используются в ювелирном деле и декоре.
• Висмут нетоксичен по сравнению с соседними по группе элементами (мышьяк, сурьма) и часто рассматривается как «зелёная» альтернатива свинцу в некоторых применениях.